納米金屬氧化物改性炭電極電化學(xué)電容器研究.pdf

1、電化學(xué)電容器(又稱(chēng)超級(jí)電容器)是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能元件，具有比傳統(tǒng)電容器更高的比能量、比電池更高的比功率。按儲(chǔ)能原理可以分為兩類(lèi)：雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器。電極材料是決定超級(jí)電容器性能的主要因素之一，因此相關(guān)的工作一直是該領(lǐng)域?qū)W術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。本文用納米金屬氧化物沉積方法對(duì)普通炭材料修飾改性，提高炭材料電化學(xué)性能，使之同時(shí)兼?zhèn)潆p電層電容和法拉第贗電容的性能。主要做了以下幾方面的工作：用Ni(

2、NO3)2溶液浸漬、熱處理方法改性修飾普通活性炭，通過(guò)自動(dòng)氮?dú)馕?、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、X光電子能譜(XPS)、熱重分析(TGA)等方法研究改性前后炭材料的性質(zhì)，并通過(guò)恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安曲線(xiàn)、漏電流、交流阻抗等電化學(xué)測(cè)試研究改性前后炭材料做電極的電化學(xué)電容器性能。結(jié)果顯示由Ni(NO3)2熱解產(chǎn)生附著在炭表面的納米NiO有準(zhǔn)電容效應(yīng)，與活性炭原有的雙電層電容構(gòu)成了復(fù)合電容，因而改

3、性炭的電容量有明顯的提高改性。改性后炭材料質(zhì)量比電容達(dá)到246.1 F/g，較改性前炭樣提高了89.2％，體積比電容和面積比電容分別高達(dá)169.7 F/cm3和30.1μF/cm2，改性炭作電極電化學(xué)電容器充放電性能穩(wěn)定，功率特性好，漏電流僅為0.23mA，適合大電流放電，經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后電容器容量仍然保持在90％以上。根據(jù)難溶化合物溶度積的不同，同樣使用Ni(NO3)2做改性試劑，利用沉淀轉(zhuǎn)化法對(duì)普通活性炭進(jìn)行改性修

4、飾處理，通過(guò)對(duì)改性前后活性炭材料性能的表征，及對(duì)改性前后炭材料作電極的電化學(xué)電容器性能的研究發(fā)現(xiàn)，沉淀轉(zhuǎn)化法生成的Ni(OH)2粒徑較小，大小在幾十納米，Ni(OH)2熱解生成NiO也能形成法拉第準(zhǔn)電容，與活性炭的雙電層電容形成復(fù)合電容從而提高炭材料電化學(xué)性能，改性炭質(zhì)量比電容最高為171.0 F/g，較改性前提高了31.5％，面積比電容和體積比電容分別為24.1μF/cm2、117.4F/cm3，均明顯優(yōu)于原活性炭。改性炭電

5、極電容器循環(huán)伏安曲線(xiàn)重現(xiàn)性較好，漏電流也較小，經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)充放電后，容量保持率為87％。鈷與鎳為同族元素，具有相似的性質(zhì)，因此我們用Co(NO3)2做改性試劑，同樣采用浸漬、熱解處理的方法對(duì)普通活性炭改性修飾，考察Co的氧化物能否同樣有效的提高活性炭材料的電化學(xué)性能。通過(guò)對(duì)改性前后炭材料的表征研究及對(duì)改性前后活性炭作電極的電化學(xué)電容器的研究，我們發(fā)現(xiàn)Co(NO3)2改性處理同樣效果明顯，改性炭材料較原料活性炭材料電

6、化學(xué)性能也有較大程提高，質(zhì)量比電容可達(dá)198.8 F/g，提高了52.8％，體積比電容和面積比電容分別高達(dá)136.9F/cm3和25.3μF/cm2，較原料活性炭的89.3F/cm3，16.2μF/cm2分別提高了53.3％和56.2％，改性炭作電極的電化學(xué)電容器性能穩(wěn)定，具有很好功率特性和電化學(xué)性能表現(xiàn)。炭材料適合作為負(fù)極，但是作為正極性能不夠理想，為此我們把改性處理的兼具雙電層電容和法拉第贗電容的改性炭材料作電容器的正極

7、材料，用不同炭材料作電容器的負(fù)極材料組裝成不對(duì)稱(chēng)電極電容器，通過(guò)這樣的組合以期能提高電容器的比電容量。結(jié)果表明，正極材料用NiO改性炭材料，負(fù)極用實(shí)驗(yàn)室制備的炭材料組裝的電化學(xué)電容器比電容量最大，達(dá)到了265.1F/g，且電容器充放電性能穩(wěn)定，漏電流小。本文的研究結(jié)果表明，普通炭材料經(jīng)過(guò)沉積納米金屬氧化物NiO和CoO改性，能顯著地改善其電化學(xué)性能，對(duì)高性能超級(jí)電容器的電極材料的研究與發(fā)展及其推廣應(yīng)用有重要的意義。關(guān)鍵字